Fedezze fel a LUCA titkait, a Föld legrégebbi életformáit

Egy digitális ábrázolás, amely bemutatja, hogyan támadták meg a LUCA-t a vírusok még 4,2 milliárd évvel ezelőtt is. Copyright: Science Graphic Design

a Bristoli EgyetemA Harvard Egyetem kutatóinak tanulmánya kimutatta, hogy a Földön az élet, amely a LUCA nevű közös őstől ered, röviddel a bolygó kialakulása után virágzott.

Genetikai elemzéssel és evolúciós modellezéssel a kutatók körülbelül 4,2 milliárd évvel ezelőtt határozták meg a LUCA létezését, és kiderült, hogy összetett organizmus, amelynek korai immunrendszere integrálódott a Föld legrégebbi ökoszisztémáiba.

A LUCA és leszármazottainak genetikai tervrajza

Minden, ami ma él, egyetlen közös őstől származik, amelyet szeretettel LUCA (Last Universal Common Ancestor) néven ismernek.

A LUCA az a feltételezett közös ős, amelytől az összes modern sejtes élet származik, az egysejtű élőlényektől, például a baktériumoktól az óriási vörösfenyőkig (csakúgy, mint mi, emberek). A LUCA az életfa gyökerét képviseli, mielőtt azt a ma ismert csoportokra osztották: baktériumok, archaeák és eukaliptusok. A modern élet a LUCA-ból fejlődött ki különböző forrásokból: ugyanaz Aminosavak Valamennyi sejtes organizmusban fehérjék felépítésére használják, az energia közös pénzneme (ATP), valamint olyan sejtrendszerek létezésére, mint a riboszómák és mások, amelyek a sejtekben tárolt információkból fehérjék előállításához kapcsolódnak. DNSsőt az is, hogy minden sejtes életforma magát a DNS-t használja információtárolási eszközként.

Kutatási módszerek és a LUCA-korszak

A csapat összehasonlította az élő szervezetek genomjában található összes gént Osztályozásazáltal, hogy megszámolja azokat a mutációkat, amelyek a szekvenciáikban az idők során történtek, mióta közös ősük volt a LUCA-ban.

Egyes fajok elválasztásának ideje ismert a fosszilis leletekből, ezért a csapat a fizikában a sebesség kiszámításához használt egyenlet genetikai megfelelőjét használta fel, hogy kiderítse, mikor létezett a LUCA, és arra a válaszra jutott, hogy 4,2 milliárd évvel ezelőtt történt. , mintegy négyszázmillió évvel a Föld és a Naprendszerünk kialakulása után.

Dr. Sandra Alvarez Carretero, a tanulmány társszerzője a Bristoli Földtudományi Iskolától a következőket mondta: „Nem számítottunk arra, hogy a Luca bolygó ennyire öreg lesz, több százmillió éven belül a Föld kialakulásától. Eredményeink azonban következetesek. a korai Föld lakhatóságáról szóló legújabb nézetekkel.

A LUCA élettani meglátásai és evolúciós modellezése

Ezt követően a csapat a LUCA biológiájának meghatározásán dolgozott az élő fajok fiziológiai jellemzőinek modellezésével a LUCA-ig terjedő életvonalon keresztül. A vezető szerző, Dr. Edmund Moody kifejtette: „A gének evolúciós történetét bonyolítja a leszármazási vonalak közötti csere. Összetett evolúciós modelleket kell használnunk, hogy összeegyeztessük a gének evolúciós történetét a fajok genealógiájával.”

Dr. Tom Williams, a tanulmány társszerzője a Bristoli Biológiai Tudományok Iskolától a következőket mondta: „Az egyik igazi előny itt a génfa és a fajfa egyeztetési megközelítésének alkalmazása az élet kulcsfontosságú területeit reprezentáló sokféle adathalmazra, mint pl. archaea és baktériumok Ez lehetővé teszi számunkra, hogy „meglehetősen magabiztosan mondjuk, és felmérjük a LUCA életével kapcsolatos önbizalom szintjét”.

A LUCA projekt összetettsége és környezeti hatása

David Pisani professzor, a tanulmány társszerzője a következőket mondta: „Tanulmányunk kimutatta, hogy a LUCA egy összetett szervezet volt, nem nagyon különbözik a modern prokariótáktól, de ami igazán érdekes, az az, hogy egyértelműen korai immunrendszerrel rendelkezett, ami azt mutatja, hogy már korábban is. „4,2 milliárd évvel ezelőtt őseink fegyverkezési versenyt folytattak a vírusokkal.”

Tim Lenton (az Exeteri Egyetem Földrajztudományi Karának munkatársa) a következőt mondta: „A LUCA egyértelműen kizsákmányolta és megváltoztatta környezetét, de nem valószínű, hogy egyedül éltek. Hulladékuk táplálék lehetett más mikrobák számára, például metanogéneknek. , amely elősegítené az újrahasznosító ökoszisztéma létrehozását.”

A tanulmányozás tágabb vonatkozásai a korai életre

Anya Spang professzor (Hollandia Királyi Tengerkutató Intézet) hozzátette: „Az ebben a munkában használt eredmények és módszerek a jövőbeni tanulmányok számára is hasznosak lesznek, amelyek részletesebben vizsgálják az archaeák későbbi fejlődését a Föld történetének fényében, beleértve a kevésbé tanulmányozottakat is. archaea és metanogén képviselőik.”

Philip Donoghue professzor, a társszerző elmondta: „Munkánk több tudományágból származó adatokat és módszereket egyesít, és olyan betekintést tár fel a Földről és a korai életről, amelyet egyetlen tudományág sem tudott megvalósítani. Azt is mutatja, milyen gyorsan jött létre egy ökoszisztéma korán A Föld „Ez arra utal, hogy az élet virágozhat a Földhöz hasonló bioszférákban a világegyetem más részein.”

Hivatkozás: Edmund R. R. Moody, Sandra Alvarez-Carretero, Tara A. Mahendrarajah, James W. Clark, Holly C. Bates, Nina Dombrowski, Lenard L „Az utolsó egyetemes közös ős természete és hatása a Föld korai rendszerére” Xantho, Richard A. Boyle és Stuart Dennis, Shi Chen, Nick Lin, Zhiheng Yang, Graham A. Shields, Gergely J. Solosi, Anya Spang, David Pisani, Tom A. Williams, Timothy M. Linton és Philip C. J. Donoghue, 2024. július 12. Természetes ökológia és evolúció.
doi: 10.1038/s41559-024-02461-1

A tanulmányban a University College London (UCL), az Utrechti Egyetem, a Budapesti Környezetkutató Központ és a Graduate University Okinawa Tudományos és Technológiai Intézetének tudósai is részt vettek.

A kutatást a John Templeton Alapítvány finanszírozta. A kiadványban kifejtett nézetek a szerzők nézetei, és nem feltétlenül tükrözik a John Templeton Alapítvány nézeteit.